海上風(fēng)能作為一種可再生、無污染且儲量巨大的能源，具有風(fēng)力平穩(wěn)、風(fēng)機利用率高、不占用土地資源、不受地形地貌影響、單機發(fā)電效率高、電力傳輸距離短且損失少等優(yōu)點。另外，海上風(fēng)能對于保障氣候安全、發(fā)展低碳綠色經(jīng)濟、推動能源轉(zhuǎn)型、減少CO2排放等也具有重要意義。

我國海岸線全長超過1.8萬千米，300多萬平方公里管轄海域，島嶼6000多個，近海風(fēng)能資源主要集中在東南沿海及附屬島嶼。東部沿海地區(qū)先天條件優(yōu)越，經(jīng)濟發(fā)達、常規(guī)能源缺乏、環(huán)境保護要求高、海上風(fēng)能資源豐富以及建設(shè)條件好、工業(yè)基礎(chǔ)雄厚等現(xiàn)狀已符合開發(fā)建設(shè)海上風(fēng)電的條件。這些地區(qū)電力消納能力充足，幾乎不存在棄風(fēng)、限電困擾，這也為風(fēng)能提供了廣闊的市場。

根據(jù)國家能源局最新發(fā)布的數(shù)據(jù)，截至2023年6月底，全國風(fēng)電累計裝機達到3.89億千瓦，同比增長13.7%，其中陸上風(fēng)電3.58億千瓦，海上風(fēng)電3146萬千瓦。考慮到2030年國內(nèi)96.12GW的開工計劃，以及海上風(fēng)電未來的成本下降幅度，對應(yīng)的遠期海上風(fēng)電市場總空間有望超萬億。

01 海上風(fēng)電安裝運維市場簡述

我國海上風(fēng)電發(fā)展市場潛力大，然而目前海上風(fēng)電施工設(shè)備主要關(guān)注點在風(fēng)電安裝設(shè)備上面，特別是風(fēng)電安裝平臺以及起重船。5年～10年之后，風(fēng)電運維市場將十分廣闊，海上風(fēng)電運維設(shè)備的短缺與我國海上風(fēng)電市場的巨大需求和迅猛發(fā)展形成強烈反差，市場需求矛盾突出，風(fēng)電運維設(shè)備將有廣闊的市場。

風(fēng)電運維主要是指風(fēng)電機組的定期檢修和日常維護，運維成本在整個海上風(fēng)電成本構(gòu)成中占據(jù)大量的份額，僅次于風(fēng)機建設(shè)成本，大大超過安裝成本和海纜成本。海上風(fēng)機的工作環(huán)境更惡劣，除經(jīng)受運轉(zhuǎn)機械的機件磨損、電子電氣器件的電氣運行沖擊、金屬結(jié)構(gòu)的振動疲勞損傷引起機組各部件故障外，還有可能遭遇海上颶風(fēng)、超強雷暴等極端氣象災(zāi)害的襲擊等偶發(fā)事件，導(dǎo)致海上風(fēng)電機組故障率更高。此外，海上氣候多變，受大風(fēng)、洋流以及大霧等天氣影響大，導(dǎo)致風(fēng)電機組可達性差。最終結(jié)果是，海上風(fēng)電場運行維護費用更高，是陸地的2～3倍，因此風(fēng)電運維在整個海上風(fēng)電開發(fā)和后期運營中起著十分重要的作用。

隨著我國風(fēng)電裝機數(shù)量的增加，產(chǎn)業(yè)發(fā)展加快，海上風(fēng)電裝機規(guī)模逐步增大。風(fēng)電運維市場越來越大，工作也越來越繁多復(fù)雜。運維作業(yè)主要分為以下3個類型。

1. 定期檢修

定期檢修是指按照風(fēng)電機組廠家的技術(shù)要求，根據(jù)運行時間對風(fēng)電機組進行定期的檢測、維護和保養(yǎng)等，工作內(nèi)容相對比較固定，一般都有比較標準的程序和要求。通過定期檢測可以讓設(shè)備保持最佳的運行狀態(tài)，并延長風(fēng)電機組的使用壽命，產(chǎn)生更多的經(jīng)濟效率，充分利用資源，最大發(fā)揮效益。

2. 日常運維

日常運維工作主要是各類故障處置，對風(fēng)電設(shè)備故障進行預(yù)判、檢測和消除等，要求人員具有電氣、通信方面的專業(yè)能力。該項工作也是風(fēng)電機組運行維護最具技術(shù)、最富挑戰(zhàn)的一項工作，人員的工作經(jīng)驗、技術(shù)水平和知識儲備決定了處理的速度與效果，直接影響到風(fēng)電的正常運行。

3. 事故檢修

當(dāng)風(fēng)電機組一些大的部件損壞，如葉片、發(fā)電機和齒輪箱等，需要拆下來進行修理，這種故障一般都會產(chǎn)生較大數(shù)額的修理費用，修理過程也更加復(fù)雜。事故發(fā)生后，應(yīng)立即組織專家分析原因及處理措施，制定詳細的修理方案經(jīng)充分評估后方可實施。

02 海上風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵裝備

1. 風(fēng)電運維平臺

風(fēng)電運維平臺的主要作業(yè)工程包括風(fēng)機的支撐塔架、機艙及葉片的維修及更換工作，在海上無論是風(fēng)機還是基礎(chǔ)的安裝或者大型部件更換，都需要有相應(yīng)能力的運輸工具將其運送到風(fēng)場，并配備相應(yīng)的設(shè)備才能安裝到位。風(fēng)場建設(shè)后期的風(fēng)電運維平臺通常在幾個相臨近的風(fēng)場之間來回穿梭作業(yè)，以最大限度發(fā)揮平臺能力。風(fēng)電運維平臺（見圖1）主要有以下3個特點。

圖1 風(fēng)電運維平臺

（1）升降速度

與海洋石油鉆井平臺作業(yè)方式不同，風(fēng)電運維平臺海上作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，作業(yè)窗口時間短，并且海況惡劣。運維平臺需要經(jīng)常移船站樁，平臺升降頻繁，因此對平臺配備的升降系統(tǒng)的升降速度以及可靠性、耐用性有較高的要求。目前世界主流的平臺升降系統(tǒng)主要分為液壓插銷式和齒輪齒條式。與液壓插銷式升降系統(tǒng)相比，齒輪齒條式具有速度快、便于平臺調(diào)平等特點。

（2）作業(yè)水深深

隨著技術(shù)不斷向前進步，海上風(fēng)電將向更遠、更深的海域發(fā)展，作業(yè)水深達到60m，未來海上風(fēng)電將向深海邁進，目前已經(jīng)規(guī)劃的海上風(fēng)場水深可達50m，因此作業(yè)水深將成為風(fēng)電運維平臺作業(yè)范圍的決定性因素。此時樁腿長度的重要性就突顯出來了，運維平臺的樁腿形式主要分為圓筒式樁腿和桁架式樁腿。與圓筒式樁腿相比，桁架式樁腿因其鏤空的結(jié)構(gòu)能夠有效減少浪涌、海流及海風(fēng)對平臺的作用力，使平臺的穩(wěn)定性和安全性大大增強。同時圓筒式樁腿由于其自身結(jié)構(gòu)特性，一般適用于作業(yè)水深不超過40m的平臺，而桁架式樁腿則可滿足更深的作業(yè)水深。

（3）具有自航和動力定位能力

運維平臺具有自航能力，能夠?qū)崿F(xiàn)在風(fēng)場之間以及風(fēng)塔之間的快速移船就位。相較拖輪拖航、錨泊定位更加精確快捷，極大地節(jié)省了就位時間和拖輪錨艇成本，有效提高了平臺作業(yè)效率。安裝有動力定位系統(tǒng)（DP）的平臺，可在規(guī)定的環(huán)境條件下，自動保持平臺的位置和艏向，同時還設(shè)有獨立的集中手動船位控制和自動艏向控制。不僅如此，動力定位系統(tǒng)因其能夠?qū)癸L(fēng)浪、海流的作用而實現(xiàn)平臺漂浮定位，對平臺風(fēng)暴自存的安全性和可靠性都有顯著增強。

2. 運維交通船

運維交通船是海上風(fēng)電場施工、運行和維護的主要交通工具，起到平臺載體的作用。它為海上風(fēng)場風(fēng)電機組運行和維護提供服務(wù)，最大限度縮短及降低運維時間和成本，減少風(fēng)機故障與停機，提高發(fā)電效率，提高風(fēng)電場經(jīng)濟效益，可以實現(xiàn)快速、舒適地到達風(fēng)電柱現(xiàn)場，并且能靠得住、靠得穩(wěn)，確保人能安全、快捷地上得去、下得來。運維交通船見圖2。

圖2  運維交通船

運維交通船的主要用途如下：

（1）物資運送，運輸電氣模塊及備品備件，維修工具、日常供給物品等；

（2）人員轉(zhuǎn)運，運輸技術(shù)人員、項目組工作人員及考察團人員等；

（3）為工作人員提供短期的食宿休息和傷員緊急救助；

（4）風(fēng)場火災(zāi)緊急救助等。

運維交通船的主要性能特點如下：

（1）快速性和靈活性，船舶要求航速高，減少中途航行時間，快速到達風(fēng)場；

（2）舒適性，船舶具備良好耐波性和低噪聲，保持作業(yè)人員戰(zhàn)斗力；

（3）靠泊性，船舶操縱性要好，設(shè)備優(yōu)良，具備靠得上、靠得穩(wěn)風(fēng)電柱的能力；

（4）安全性，作業(yè)人員借助運維交通船能安全、順利地上下風(fēng)電柱。

國內(nèi)海上風(fēng)電運維剛起步，主要以小型運維船為主，數(shù)量不多，現(xiàn)有的這些運維船還只是普通運維船，航速較低、耐波性差、靠泊能力差（有效波高1.5m以下），主要作用是運送維護人員至機位，此外還可以攜帶小型的備品備件和工具等。

國外以大型運維母船為主，主要運用在歐洲大型的海上風(fēng)場，這類風(fēng)場離岸距離較遠，作業(yè)水深較深。這類運維母船一般采用雙體船型，滿足在蒲氏7級風(fēng)、2.5m波高、表面流速2kn惡劣海況下進行海上風(fēng)電運維作業(yè)。具備DP2的動力定位功能，帶波浪補償舷梯，確保運維作業(yè)人員安全，具有大的生活區(qū)以滿足運維人員的住宿需求，具備高航速和較長的續(xù)航力，能在海上長期作業(yè)，并可為風(fēng)電場內(nèi)小型作業(yè)船舶提供補給，也可以進行水下電纜及其他水下設(shè)施維護。隨著國內(nèi)海上風(fēng)場的發(fā)展走向深水區(qū)，離岸距離較遠區(qū)，大型運維母船的需求將在未來5年～10年內(nèi)有一個大幅度增長。

3. 波浪補償舷梯

眾所周知，風(fēng)場風(fēng)浪大，暗流眾多，人員上下風(fēng)塔十分危險，如何確保人員上下風(fēng)塔時的安全十分重要。傳統(tǒng)人員上下風(fēng)塔是借助運維船到達風(fēng)塔上面，人員抓住時機爬上風(fēng)塔。該方法十分危險，稍有不慎，就會引發(fā)安全故事，畢竟風(fēng)場海況惡劣，氣候環(huán)境復(fù)雜多變，運維船難以長時間保持一個相對平穩(wěn)的狀態(tài)。

普通舷梯在船舶海洋工程中得到使用普遍，但由于其沿舷邊放置的局限性，只能適用于船舶或平臺與小艇或碼頭之間的人員登乘。普通步橋也是一種船舶海洋工程中使用較普遍的人員登乘裝置，但由于其設(shè)計局限性，波浪稍大就不可使用。

波浪補償舷梯登乘系統(tǒng)可滿足4級海況下將作業(yè)人員安全輸送到風(fēng)塔平臺，在復(fù)雜多變的海上環(huán)境中具有自動控制能力，能保持相對平衡，見圖3。

圖3  波浪補償舷梯

波浪補償舷梯主要包括補償機構(gòu)的六自由度補償能力、可伸縮舷梯的伸縮能力和俯仰能力、舷梯的承重載荷能力。補償結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)部分為六自由度自平衡補償平臺，實現(xiàn)了集成化與模塊化，在波浪時可對波浪造成的相對位移進行補償。安裝穩(wěn)定性要求高的專用波浪補償舷梯，在船舶與風(fēng)機柱之間形成安全通道，方便人員安全上下，確保人員安全。此外，波浪補償舷梯具有可伸縮性，收藏不用時占用空間小，可節(jié)約甲板面積，也可用于堆放其他物品。

03 結(jié)論

深遠海運維模式和裝備能力提升將是風(fēng)電運維下一階段發(fā)展重點，將有更多的深遠海運維模式和裝備出現(xiàn)，以實現(xiàn)運維效率的最大化。根據(jù)測算，每臺海上風(fēng)電機組平均每年有高達40次停機故障，整體故障率約3%，大約每30臺海上風(fēng)機就需要1艘專業(yè)的運維船。國外每15根風(fēng)塔需要一條運維船，預(yù)計每15艘小船需要配套一艘大的運維母船?；趪鴥?nèi)運維船的適配能力，中國海上風(fēng)電運維業(yè)務(wù)將有一個大幅增長。在運維裝備方面，研制推出空中維修更換大部件的工裝工具、水下檢測機器人、無人機智能巡檢和波浪補償棧橋等，可實現(xiàn)海上風(fēng)電運維的降本增效，提高我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展能力和水平。